專利名稱：用于生產(chǎn)d型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄鐵用的孕育劑，尤其是一種用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù) 合孕育劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
普通灰鑄鐵中的碳一般以片狀石墨形式存在。根據(jù)其形態(tài)不同將片狀石墨 分為A、 B、 C、 D、 E、 F等類型。傳統(tǒng)的觀點認為，A型石墨分布均勻，無方向 性，對基體的割裂作用較小，使鑄鐵具有較高的強度；D型石墨是在奧氏體枝 晶間呈無方向性分布的點狀或小片狀石墨，是一種有害組織，會降低鑄鐵的強 度。但近年來的大量研究表明，D型石墨鑄鐵比A型石墨鑄鐵的強度更高、更 致密、尺寸穩(wěn)定性更好、更耐熱疲勞、機械加工的表面質(zhì)量更高。
D型石墨是一定化學(xué)成分的鐵液在較大過冷度條件下結(jié)晶得到的。目前生 產(chǎn)D型石墨鑄鐵的方法主要有 一是通過采用金屬型或連續(xù)鑄造的方法生產(chǎn)。 適合于結(jié)構(gòu)簡單的中小件或型材。二是采用向鐵液中加入一定量的能夠?qū)崿F(xiàn)成 分過冷的合金元素的方法生產(chǎn)。適合于大部分鑄件的生產(chǎn)。但具體哪些合金元 素對鑄鐵具有過冷作用，以及加入量、加入方式等問題，研究成果不少，也有 的開發(fā)出了中間合金作為孕育劑，而目前投放市場形成商品的卻報道不多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中成分的重量百分含量為鎂1.0 4.0%、 稀土4.0 8. 0%、鈦4. 0 9. 0%、鋁1.5 3. 0%、銻O. 5 2.0%、 2. 0 5.0%、鋇1.0 4.0%、硅35 50%及余量鐵。
本發(fā)明優(yōu)選的成分重量百分含量為鎂2.0%、稀土6.0%、鈦7.0%、鋁 2.0%、銻1.0%、 1^3.0%、鋇3.0%、硅40%，余量為鐵。
本發(fā)明最好采用下述重量百分含量的原材料制備純鎂錠1.25 5.0%， 重量百分含量為稀土30%、硅55%、余量為鐵的稀土硅鐵合金13.5 26.6%， 重量百分含量為鈦30%、鋁5%、硅5%、余量為鐵的鈦鐵13.5 30.0%，純 鋁錠0 2. 3%，純銻錠O. 5 2.0%，重量百分含量為轉(zhuǎn)30%、硅55%、余量為鐵的硅鈣合金6.7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、硅55%、余量為鐵的 硅鋇合金3.5 13.5%，重量百分含量為硅75%、余為鐵的硅鐵0 48%，余 量為廢鋼。
本發(fā)明還提供了用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑的制備方法，該方法 采用下述工藝步驟將重量百分含量的原材料純鎂錠1.25 5.0%，重量百分 含量為稀土30%、硅55%、余量為鐵的稀土硅鐵合金13.5 26.6%，重量百 分含量為鈦30%、鋁5%、硅5%、余量為鐵的鈦鐵13.5 30.0%，純鋁錠0 2.3%，純銻錠0.5 2.0%,重量百分含量為鈣30%、硅55%、余量為鐵的硅 鈣合金6. 7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、硅55%、余量為鐵的硅鋇合金 3.5 13.5%，重量百分含量為硅75%、余為鐵的硅鐵0 48%,余量為廢鋼； 按廢鋼、1/2重量的硅鐵、純鎂錠、純鋁錠、純銻錠、稀土硅鐵合金、鈦鐵、 硅鈣合金、硅鋇合金、1/2重量的硅鐵的次序分層裝入感應(yīng)電爐坩堝中，經(jīng)熔 化、攪拌、澆鑄、破碎，即可得到本用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑。
本發(fā)明中的各成分的功用機理為
在一次結(jié)晶時，獲得D型石墨鑄鐵的關(guān)鍵是形成發(fā)達的奧氏體枝晶和有效 抑制石墨的粗片長大。鎂(Mg)、稀土 (RE)強烈抑制石墨析出，擴大初晶奧氏 體生長溫度區(qū)域，促進初晶奧氏體的生長。鎂、稀土與鐵液中的硫、氧生成的 硫化物、氧化物，能作為石墨結(jié)晶的外來晶核使初晶奧氏體骨架間鐵液中石墨 晶核增多，使共晶后得到的D型石墨增多，尺寸大大減小。
鈦(Ti)是強烈碳化物形成元素，它與碳原子的親和力很強減慢了碳的擴 散速度，從而延遲共晶石墨的析出，使共晶轉(zhuǎn)變溫度降低。鈦還被吸附在石墨 的周圍抑制了石墨的生長，同時鈦還具有較強的脫氧能力，當(dāng)鐵液中加入一定 量的鈦后，含氧量明顯降低，這些都有利于D型石墨的形成。
鋁(Al)的脫氧速度快效率高，鋁與鐵液中的氧化合生成大量難溶且彌散 分布的Al203質(zhì)點。由于A1A和石墨都屬六方晶格，且其晶格常數(shù)接近，可以 成為石墨結(jié)晶的有效基底，因此有利于生成細小彌散分布的D型石墨。
銻(Sb)屬于強烈碳化物形成元素，鐵液中加入微量的銻，能降低鐵液的 共晶轉(zhuǎn)變溫度，強烈促進珠光體的形成，并細化珠光體，對提高鑄鐵強度非常 有利。
鈣(Ca)是一種強的石墨化元素，加入適量的鈣可以有效降低鑄鐵的白口傾向。同時鈣還能顯著降低鎂的蒸氣壓，使合金反應(yīng)平穩(wěn)，提高鎂的吸收率。
鋇(Ba)不僅可以降低鎂的蒸氣壓，改善工藝條件和勞動條件，還可以使鈣的 作用效果更充分、長效的發(fā)揮出來。硅(Si)更是常見的強石墨化促進元素， 具有很好的孕育作用，而且在孕育劑中還有"固鎂"的作用。本發(fā)明的多元復(fù) 合孕育劑中硅的含量大于35%,在熔煉和孕育處理過程中可以有效避免多元復(fù) 合孕育劑中鎂嚴重?zé)龘p的情況，降低了孕育劑生產(chǎn)的難度，也使鐵液得孕育處 理過程非常平穩(wěn)。同時適量的鎂、鋁、銻等還可有效降低多元復(fù)合孕育劑的熔 點，改善孕育處理的動力學(xué)條件，從而加速多元復(fù)合孕育劑的擴散和吸收。
采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于生產(chǎn)HT250以上的高牌號鑄鐵 件時，通常的做法是采用較低的碳當(dāng)量(小于3.8%)，以減少石墨對基體的不 利影響，強化孕育以防止出現(xiàn)白口組織，而碳當(dāng)量低的結(jié)果是鐵液流動性差， 收縮大，鑄件內(nèi)應(yīng)力大等。利用本發(fā)明的復(fù)合孕育劑對高碳當(dāng)量(3.9 4.2%) 鐵液進行孕育處理時，所得到的鑄鐵中的石墨即為D型石墨。由于鑄鐵中的石 墨均為D型，鑄件的力學(xué)性能較高，抗拉強度達到250Mpa以上，致密性好。由 于鐵液碳當(dāng)量高，大大改善了合金的鑄造性能，降低了鑄件的殘余應(yīng)力，尺寸 穩(wěn)定性好，并提高了鑄件的切削加工性能。本發(fā)明的復(fù)合孕育劑采用包底沖入 法，即將本發(fā)明的復(fù)合孕育劑放在澆包包底，然后注入鐵液，在鐵液注入的過 程中復(fù)合孕育劑不斷被熔化吸收，從而達到滿意的孕育效果，因此方法簡單， 使用方便。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。 圖1是使用本發(fā)明得到的鑄鐵的金相照片。
具體實施例方式
本用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑在生產(chǎn)時選用下述重量百分含量的 原材料純鎂錠1.25 5.0%、稀土硅鐵合金(重量百分含量Re 30%、 Si 55 %、余為Fe) 13. 5 26.6%、鈦鐵(重量百分含量Ti 30%、 Al 5%、 Si 5%、 余為Fe) 13. 5 30. 0%、純鋁錠(Al) 0 2. 3%、純銻錠(Sb) 0. 5 2. 0%、 硅鈣合金(重量百分含量Ca30X、 Si55%、余為Fe) 6. 7 16. 5%、硅鋇合 金(重量百分含量Ba30X、 Si55%、余為Fe) 3.5 13.5%、硅鐵(重量百 分含量Si75X、余為Fe) 0 48%，余為廢鋼。其中，純鎂錠的含量按收得率80%計算而得。
本用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑的制備方法為
將上述原材料根據(jù)配比要求分層裝入感應(yīng)電爐坩堝中，經(jīng)熔化、攪拌、澆
鑄、破碎，即可得到本復(fù)合孕育劑。其中，分層裝爐的先后次序為廢鋼、硅 鐵、純鎂錠、純鋁錠、純銻錠、稀土硅鐵合金、鈦鐵、硅鈣合金、硅鋇合金、 硅鐵。其中硅鐵分兩次加入，第一次和第二次的加入量各占一半。 本復(fù)合孕育劑可采用常規(guī)的使用方法，如包底沖入法等。
實施例1:將準備好的原材料，按照分層裝料的方法將原料裝入感應(yīng)電爐 的坩堝內(nèi)，分層裝爐的先后次序和原材料的重量百分含量為廢鋼9.3%、硅
鐵11.2%、純鎂錠2.5%、純鋁錠0.8%、純銻錠1.0%、稀土硅鐵合金20%、 鈦鐵24%、硅鈣合金10%、硅鋇合金10%、硅鐵11.2%。將裝廬后的原材料 進行熔化，攪拌均勻，出爐澆鑄；待凝固冷卻后，破碎成3 8mm的粒度即可得 到本復(fù)合孕育劑。破碎成上述粒度的目的是為了便于鐵液吸收。
本實施例得到的復(fù)合孕育劑的合金含量為鎂(Mg) 2. 0%，稀土 (RE) 6. 0 %，鈦(Ti) 7.0%,鋁(Al) 2,0%，銻(Sb) 1.0%，牽丐(Ca) 3.0%,鋇(Ba) 3.0%，硅(Si) 40%，余量為鐵(Fe)。
實施例2:本實施例與實施例1的不同之處在于生產(chǎn)本復(fù)合孕育劑時原 材料的裝爐量為廢鋼3.93%、硅鐵15.8%、純鎂錠1.25%，純鋁錠2.32%， 純銻錠0.5%，稀土硅鐵合金26.7%，鈦鐵13. 5%，硅|丐合金16.7%，硅鋇合 金3.5%，硅鐵15.8%。獲得的復(fù)合孕育劑的合金含量為鎂(Mg) 1.0%，稀 土 (RE) 8.0%，鈦(Ti) 4.0%，鋁(Al) 3.0%，銻(Sb) 0.5%， f丐(Ca) 5.0%，鋇(Ba) 1.0%,硅(Si) 50%，余量為鐵(Fe)。
實施例3:本實施例與實施例1的不同之處在于生產(chǎn)本復(fù)合孕育劑時原
材料的裝爐量為廢鋼9.3%、硅鐵10.0%、純鎂錠5.0%，純鋁錠0.0%，純 銻錠2.0%，稀土硅鐵合金13.5%,鈦鐵30.0%，硅轉(zhuǎn)合金6.7%，硅鋇合金 13.5%，硅鐵10.0%。本實施例得到的復(fù)合孕育劑的合金含量為鎂(Mg) 4.0 %，稀土 (RE) 4.0%，鈦(Ti) 9.0%，鋁(Al) 1.5%,銻(Sb) 2.0%, l丐 (Ca) 2.0%，鋇(Ba) 4.0%，硅(Si) 35%，余量為鐵(Fe)。
使用實施例本復(fù)合孕育劑在沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉條件下，生產(chǎn)康明斯柴
油機缸體的使用情況康明斯柴油機缸體材質(zhì)為牌號HT250的鑄鐵，要求高致密性、高熱疲勞性、 低應(yīng)力以及好的加工性能、表面光潔、尺寸精確等。為保證質(zhì)量， 一般的做法 是在嚴格控制碳當(dāng)量在3.8%左右的同時，還要加入一定量的銅、鉬等合金元 素，以及強化孕育和去應(yīng)力退火等，生產(chǎn)成本較高。
本使用實施例采用較高的碳當(dāng)量(3.9 4.2%)，具體化學(xué)成分為C 3.4 %， Si 2.3°%， Mn0.8%， P0.03%， S0.03%。鐵液出爐溫度為1480°C，采 用包底沖入法孕育處理工藝。本復(fù)合孕育劑的加入量為0.5%。待澆包被鐵液 后，再用0. 3%粒度為1 3rnrn的75硅鐵粒撒在鐵液表面上進行浮硅孕育。本 復(fù)合孕育劑采用實施例1中成分配比。
生產(chǎn)的康明斯柴油機缸體鑄件，經(jīng)金相觀察鑄鐵中的石墨均為D型，見圖 1。經(jīng)性能檢測完全達到了鑄件技術(shù)要求。與原工藝相比鑄件成本明顯降低，經(jīng) 濟效益十分顯著。
權(quán)利要求
1、一種用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑，其特征在于其成分的重量百分含量為鎂1.0～4.0％、稀土4.0～8.0％、鈦4.0～9.0％、鋁1.5～3.0％、銻0.5～2.0％、鈣2.0～5.0％、鋇1.0～4.0％、硅35～50％及余量鐵。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑，其特征在 于所述成分的重量百分含量為鎂2.0%、稀土6.0%、鈦7.0%、鋁2.0%、 銻1.0%、藥3.0%、鋇3.0%、硅40%,余量為鐵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑，其特征在 于其采用下述重量百分含量的原材料制備純鎂錠1.25 5.0%，重量百分含 量為稀土30%、硅55%、余量為鐵的稀土硅鐵合金13.5 26.6%，重量百分 含量為鈦30%、鋁5%、硅5%、余量為鐵的鈦鐵13.5 30.0%，純鋁錠0 2.3%，純銻錠0.5 2.0%，重量百分含量為鈣30%、硅55%、余量為鐵的硅 鈣合金6.7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、硅55%、余量為鐵的硅鋇合金 3.5 13.5%，重量百分含量為硅75%、余為鐵的硅鐵0 48%，余量為廢鋼。
4、 權(quán)利要求1 、 2或3所述的用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑的制備 方法，其特征在于該方法采用下述工藝步驟將重量百分含量的原材料純鎂錠 1.25 5.0%，重量百分含量為稀土30%、硅55%、余量為鐵的稀土硅鐵合金 13. 5 26. 6%，重量百分含量為鈦30%、鋁5%、硅5%、余量為鐵的鈦鐵13. 5 30.0%，純鋁錠0 2. 3%，純銻錠O. 5 2.0%，重量百分含量為轉(zhuǎn)30%、硅 55%、余量為鐵的硅鈣合金6.7 16.5%，重量百分含量為鋇30%、硅55%、 余量為鐵的硅鋇合金3. 5 13. 5%，重量百分含量為硅75%、余為鐵的硅鐵0 48%，余量為廢鋼；按廢鋼、1/2重量的硅鐵、純鎂錠、純鋁錠、純銻錠、稀 土硅鐵合金、鈦鐵、硅鈣合金、硅鋇合金、1/2重量的硅鐵的次序分層裝入感 應(yīng)電爐坩堝中，經(jīng)熔化、攪拌、澆鑄、破碎，即可得到本發(fā)明產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)D型石墨鑄鐵的復(fù)合孕育劑，其特征在于其成分的重量百分含量為鎂1.0～4.0％、稀土4.0～8.0％、鈦4.0～9.0％、鋁1.5～3.0％、銻0.5～2.0％、鈣2.0～5.0％、鋇1.0～4.0％、硅35～50％及余量鐵。利用本復(fù)合孕育劑對高碳當(dāng)量鐵液進行孕育處理時，所得到的鑄鐵中的石墨即為D型石墨。鑄件的力學(xué)性能較高，抗拉強度達到250MPa以上，致密性好。由于鐵液碳當(dāng)量高，大大改善了合金的鑄造性能，降低了鑄件的殘余應(yīng)力，尺寸穩(wěn)定性好，并提高了鑄件的切削加工性能。本多元復(fù)合孕育劑采用包底沖入法，即將本復(fù)合孕育劑放在澆包包底，然后注入鐵液，在鐵液注入的過程中復(fù)合孕育劑不斷被熔化吸收，從而達到滿意的孕育效果，因此方法簡單，使用方便。
文檔編號B22D1/00GK101608280SQ20091007489
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者劉瑞玲, 張忠誠, 王忠民 申請人:河北科技大學(xué)